非隔离型直流变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及高压传输和变压器领域，具体地，设及一种非隔离型直流变压器。
【背景技术】
[0002] 随着传统能源的短缺和环境恶化问题的加剧，风能、太阳能等可再生清洁能源的 利用与开发得到了越来越多的重视。风能、太阳能等新能源发电具有间歇性，随机性的特 点，传统的电网结构和运行技术无法适应大规模可再生能源接入，而基于常规直流及柔性 直流的多端直流输电系统和直流电网技术是解决运一问题的有效手段。由于直流电网尚无 统一标准，现有的直流线路大都运行在不同的电压等级，为了将不同电压等级的直流电路 互联形成直流电网，需要应用直流变压器(通常又称为DC-DC变换器）。基于电压源型换流器 (Voltage Source Converter,VSC)的高压直流巧igh Voltage DC Current,HVDC)输电系 统的电压等级通常低于基于相控变流器化ine Commutated Converter ,LCC)的高压直流输 电系统，为了将VSC-HVDC和LCC-HVDC互联W形成多端直流系统，需要应用直流变压器。此 夕h在直流微网W及直流配电网中，直流变压器同样是不可缺少的部件。因此，高压大容量 直流变压器的研制是非常必要的。
[0003] 经过对现有技术的进一步检索，目前存在W下的=种方案：
[0004] 1)基于模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的隔离型DC-DC变换器拓扑，该变换器本质上是一个DC-AC-DC变换器，它先通过一个MMC将直流电压逆变 得到交流电压，该交流电压经过变压器变压后再通过另一个MMC整流得到直流电压。交流环 节的变压器用于实现电压匹配和电气隔离。由于交流环节需要交流变压器，且需要两级功 率变换，因此该直流变压器的体积和损耗均较大，成本也很高，在不需要隔离的应用场合并 不适用。
[0005] 2)直流自禪变压器拓扑，该拓扑只有部分互联功率需要经过交流变压器，因此可 减小交流变压器的容量。但它同样需要交流变压器，且在变压比较大时，交流变压器容量与 变换器总容量相近。
[0006] 3)基于MMC的非隔离型直流变压器拓扑，该直流变压器中链式模块输出电压包含 直流分量和交流分量，它通过交直流功率守恒来实现子模块电容电压平衡，其中交流分量 按正弦波调制。与隔离型DC-AC-DC变换器相比，它不需要交流变压器，且不需要两级变换， 因此成本更低。但为了实现子模块电容电压平衡，该直流变压器中存在较大的交流环流，需 要选取较大额定电流的开关管，且损耗较大。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种非隔离型直流变压器。
[000引根据本发明提供的非隔离型直流变压器，包括:两个不同电压等级的直流电压源、 上桥臂、下桥臂，所述上桥臂通过下桥臂与较高电压等级的直流电压源两端相连;较低电压 等级的直流电压源通过滤波电感连接至下桥臂的两端。
[0009] 优选地，所述上桥臂由桥臂电感和若干个半桥型子模块串联构成，所述下桥臂由 若干个半桥型子模块串联构成。
[0010] 优选地，所述上桥臂和下桥臂均包括n个半桥型子模块，且n为大于零的自然数;将 上桥臂的n个半桥型子模块记为第一链式模块，下桥臂的n个半桥型子模块记为第二链式模 块，所述第一链式模块的一端通过桥臂电感连接至较高电压等级的直流电压源的正极，所 述第一链式模块的另一端分别连接至第二链式模块的一端、滤波电感的一端;所述第二链 式模块的另一端连接至较高电压等级的直流电压源的负极和较低电压等级的直流电压源 的负极，所述滤波电感的另一端连接至较低电压等级的直流电压源的正极。
[001。 优选地，所述n个半桥型子模块中的任一个半桥型子模块包括：电容Cs"、第一功率 开关管、第二功率开关管，电容Csm的正极连接第一功率开关管的集电极，所述第一功率开关 管的发射极连接第二功率开关管的集电极并构成该半桥型子模块的第一端口，所述第二功 率开关管的发射极连接至Csm的负极并构成该半桥型子模块的第二端口。
[0012] 优选地，所述第一功率开关管、第二功率开关管的类型为:含反并二极管的绝缘栅 双极型晶体管。
[0013] 优选地，包括四种工作模态，具体地如下：
[0014] 模态1:即t在区间（0，dsT)时，山表示移相占空比，T表示该直流变压器的开关周期；
[0015] 该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于低电平状态，此时桥臂电感和 滤波电感两端的电压值ULa和ULf分别为：
[0016] ULa(t) =Udcl-(ucil+UC12) =Udcl (I)
[0017] 化f(t)=UC12-Udc2 = -Udc2 (2)
[001引式中：Udcl表示较高电压等级的直流电压源的电压值，Udc2表示较低电压等级的直 流电压源的电压值，Ucll、Ucl2分别表示第一链式模块、第二链式模块两端的电压值，Ula(t)、 Ulf(t)分别表示桥臂电感、滤波电感两端的电压随时间t的变化值，il线性上升，i3线性下 降，即：
(3) 、4)
[0021]式中：il表示通过第一链式模块的电流，i3表示通过滤波电感Lf的电流，ii(t)表示 il随时间t的变化值，i3(t)表示i3随时间t的变化值，Il(O)表示il在零时刻的瞬时电流值，12 (0)表示i2在零时刻的瞬时电流值，La表示桥臂电感的电感值，Lf表示滤波电感的电感值； [0022 ]模态2: t在区间(山T，dT)时，d表示第二链式模块输出PWM波形的占空比；
[0023] 该模态下，第一链式模块工作于低电平状态，第二链式模块工作于高电平状态，此 时桥臂电感、滤波电两端的电压分别为：
[0024] ULa(t)=0 巧）
[002引 ULf(t)=UdcrUdc2 (6)
[0026] 则，il保持不变，i3线性上升，即：
[0027] ii(t) = Ii(dsT) (7) (8)
[0029] 模态3:t在区间（dT，（d+山)T)时
[0030] 该模态下，第一链式模块和第二链式模块均工作于高电平状态，此时桥臂电感和 滤波电感两端的电压分别为：
[003^1] ULa(t)=-UdGl (9)
[0032] ULf(t)=Udci-Udc2 (10)
[00削则，ii线性下降，i3线性上升，即：
(!1) 牌
[0036] 模态4:t在区间（（d+山)T，T)时
[0037] 该模态下，第一链式模块工作于高电平状态，第二链式模块工作于低电平状态，此 时桥臂电感和滤波电感两端的电压分别为：
[003引 ULa(t)=0 (13)
[0039] 化 f(t)=-Udc2 (14)
[0040] 则，ii保持不变，i3线性下降，即：
[0041 ] ii(t) = Ii[(d+ds)T] (15)
(1巧
[0043] 用i3减去ii即得到交流输出的波形。
[0044] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0045] 1、本发明提供的非隔离型直流变压器的子模块电容容值大大减小，因此减小了子 模块的成本和体积，且无需两级变换，电路结构更简单。
[0046] 2、本发明提供的非隔离型直流变压器开关频率小、损耗低;且交流环流更小，导通 损耗低，从而具备更高的效率。
【附图说明】
[0047] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[004引图1为本发明提供的非隔离型直流变压器拓扑结构图；
[0049] 图2为本发明提供的非隔离型直流变压器的电压和电流波形图；
[0050] 图3为本发明提供的非隔离型直流变压器的移相控制框图。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0化2] 具体地，如图1所示，直流变压